モータ始動器
【課題】モータの始動電流を小容量の半導体スイッチで無段階に円滑に制御すること。
【解決手段】交流電源１２と三相誘導モータ１４との間に配置されたリアクトルコイル(一次コイル）５０を逆付勢するように同じ鉄心に巻かれた二次コイル６０を半導体スイッチ７１の導通位相角の制御によって付勢、消勢してインピーダンスを調整する。モータ１４の回転の立ち上がりでモータ１４が定常運転状態になると、一次コイル５０を電源１２とモータ１４との間から切り離し、交流電源１２をモータ１４に直接接続する。半導体スイッチ７１の導通位相角の変化によって始動電流が無段階に円滑に制御される。
【解決手段】交流電源１２と三相誘導モータ１４との間に配置されたリアクトルコイル(一次コイル）５０を逆付勢するように同じ鉄心に巻かれた二次コイル６０を半導体スイッチ７１の導通位相角の制御によって付勢、消勢してインピーダンスを調整する。モータ１４の回転の立ち上がりでモータ１４が定常運転状態になると、一次コイル５０を電源１２とモータ１４との間から切り離し、交流電源１２をモータ１４に直接接続する。半導体スイッチ７１の導通位相角の変化によって始動電流が無段階に円滑に制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ始動器に関し、更に詳細に述べると、誘導モータの始動電流を抑制しつつ誘導モータを始動する誘導モータ始動器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導モータの起動時に流れる始動電流を抑制し、モータの回転数の上昇に伴う始動電流の補正により、モータを適正な電圧―電流特性で始動するようにした幾つかのモータ始動器が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
１つの従来技術によるモータ始動器が特許文献１（特開２００６−２７１０６０号公報）に開示されている。特許文献１の図３、図５（リアクトル始動方式）及び図４、図６（コンドルファ始動方式）に示すように、このモータ始動器は、電源と誘導モータＭ（図３、図４の符号３０、４０、図５、図６の符号５０、６０）との間に接続されてリアクタンスを付与し電源電圧を降圧する一次コイル（主コイル）（図３、図４の符号３２、４２、図５、図６の符号５２，６２）とこの一次コイルと共通の鉄心に巻かれていて一次コイルを消磁方向に制御して一次コイルのリアクタンスを低減するように調整する二次コイル（制御コイル）（図３，図４の符号３４、４５、図５、図６の符号５４、６５）とから成っている。二次コイル（制御コイル）３４、４５を機械的スイッチ（図３、図４の符号３５、４６）でオン、オフするか、二次コイル（制御コイル）５４、６５をこの二次コイル（制御コイル）５４、６５とは別個の鉄心に巻かれている三次コイル（補助コイル）（図５、図６の符号５５、６６）に接続し、この三次コイル（補助コイル）５５、５６を電磁接触器（図５、図６の符号５８、６９）により、タップを切り替えて制御する。
【０００４】
このモータ始動器は、モータの起動時に、図３、図４のスイッチ３５、４６を開くか、図５、図６のすべての電磁接触器５８、６９を開いて二次コイル５４、６５を非励磁状態として一次コイル（主コイル）３２、４２、５２、６２が電源と誘導モータＭとの間にあって電源電圧を減圧し、始動電流を抑制している。モータの回転数の上昇に伴って始動電流が低下した所定の段階で、図３、図４のスイッチ３５、４６を投入して二次コイル（制御コイル）３４、４５を一次コイル（主コイル）の消磁方向に励磁可能な状態とするか、図５、図６の電磁接触器５８、６９によって三次コイル（補助コイル）５５、５６のタップ間コイル部分を二次コイル（制御コイル）５４、６５に挿入してこの二次コイル（制御コイル）５４、６５を一次コイル（主コイル）の消磁方向に励磁可能な状態にしている。二次コイル３４、４５、５４、６５が励磁可能な状態となると、一次コイル（主コイル）３２、４２、５２、６２の消磁を段階的に（図５、図６の場合）又は全体的に（図３乃至図６の場合）行うことによってインピーダンスが小さくなり、始動電流の抑制を小さくして、モータが定常回転数に達した時に、電圧−電流特性が安定状態になる。
【０００５】
しかし、この特許文献１の従来技術によるモータ始動器は、二次コイル（制御コイル）を開回路か閉回路とすることにより、一次コイル（主コイル）のリアクタンスを段階的に変化させて始動電流を制御するので、電圧電流の変化が段階的に切り替わる（特許文献１の図１０参照）。このため、モータの始動特性が円滑に行われないし、機械的接点を用いるので、接点不良や経年変化に対するメンテナンスを必要とするとともに、機械的な衝撃を発生する虞があった。
【０００６】
なお、特許文献１の図１及び図２に記載のモータ始動器は、特許文献１の発明の他の従来技術であり、この図１及び図２のモータ始動器は、図３乃至図６のモータ始動器とは異なり、逆励磁用の二次コイルを有しないので、主コイルの全部又は一部を電源とモータとの間に挿入して印加電圧を減圧し、定常運転で主コイルを短絡して定常電流をモータに供給するようにしている。この形態のモータ始動器も特許文献１の図３乃至図６のモータ始動器と同様の欠点を有する(特許文献１の図８参照)。
【０００７】
他の従来技術によるモータ始動器が特許文献２（特開平１１−１５５２９３号公報）に開示されている。このモータ始動器は、電源とモータとの間に配置された半導体スイッチ（逆並列のＳＣＲ）から成っており、この始動器は、半導体スイッチの導通位相を制御することによってモータ印加電圧を連続的に変化してモータは安定状態に達するまで始動電流を制御している。
【０００８】
このモータ始動器は、半導体スイッチの導通位相を制御することによって始動電流を制御するので、始動電流は無段階に制御できるが、半導体スイッチは、モータ電流（始動電流）を直接導通するモータ始動回路に配置されるので、大容量の半導体スイッチ（ＳＣＲ)とする必要があり、また始動時に高周波ノイズを伴う欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７１０６０号公報
【特許文献２】特開平１１−１５５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、大容量の半導体スイッチを用いることなく、始動電流を無段階に円滑に制御することができるモータ始動器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の基本的な課題解決手段は、電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように前記リアクタンス付与手段を制御する始動制御手段とを備え、前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記リアクトルコイルの全部又は一部を前記電源とモータとの間に挿入して前記リアクタンス付与手段によりリアクタンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたモータ始動器において、前記始動制御手段は、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように導通制御される半導体スイッチと、前記半導体スイッチの導通位相を制御するように前記半導体スイッチの制御端子に接続された半導体スイッチ導通位相制御回路とを含んでいることを特徴とするモータ始動器を提供することにある。
【００１２】
本発明の上記基本的な課題解決手段において、リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイル（一次コイル）の少なくとも一部と同じ鉄心に逆方向に巻かれた二次コイルを含んでいるものとすることができる。この始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクトルコイルを短絡するか前記リアクトルコイルの全リアクタンスを打ち消して前記リアクタンス付与手段を無効にするように制御する。この始動制御手段の半導体スイッチは、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整することができる。
【００１３】
また、本発明の上記基本的な課題解決手段において、リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイルのみから成り、前記始動制御手段の半導体スイッチは、前記リアクトルコイルに並列に接続され、前記半導体スイッチの導通位相に応じて前記リアクトルコイルを短絡して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを経時的に調整する形態とすることもできる。この形態は、電源電圧が比較的低い場合に好適に使用される。
【００１４】
本発明の上記課題解決手段において、始動制御手段は、タイマーリレーを含み、前記タイマーリレーは、前記モータの回転が定常状態に達した時に前記半導体スイッチの導通位相制御回路を前記半導体スイッチの制御端子により遮断し、前記定常運転用常開接点を閉じるように設定されているのが好ましい。
【００１５】
本発明の上記課題解決手段において、前記半導体スイッチの導通位相回路は、電源電圧の正負の半サイクル毎に０°乃至１８０°の範囲で導通角を変化するように設定されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段を半導体スイッチの導通位相の制御によってインピ−ダンス調整するので、モータの始動電流を無段階に調整することができる。
【００１７】
また、半導体スイッチは、モータ電流調整の主回路に配置されるのではなく、モータ電流回路のリアクタンス付与手段のリアクトルコイル又はそのリアクタンス調整用の二次コイルの電流を制御するので、半導体スイッチの容量が小さくてよく、また高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のリクアクトル制御方式によるモータ始動器を含むモータ駆動回路の系統図である。
【図２】図１のモータ始動器の起動時の第１の回路動作状態を示す系統図である。
【図３】図１のモータ始動器の起動時の第２及び第３の回路動作状態を示す系統図である。
【図４】図１のモータ始動器の第４乃至第６の回路動作状態とモータが定常運転に至るまでのモータ始動器の回路状態を示す系統図である。
【図５】図１乃至図４のモータ始動器に印加する電源電圧波形（Ａ）と、半導体スイッチが動作していない時の出力電流（始動電流）波形（Ｂ）と半導体スイッチの導通が位相制御されている時の出力電流（始動電流）（Ｃ）との１サイクルを示す波形図である。
【図６】図１のモータ始動器の起動後定常運転に入るまでの電圧―電流特性を示す波形図である。
【図７】本発明をコンドルファ型モータ始動器に適用した場合の部分系統図である。
【図８】図７のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【図９】本発明を他の形態のコンドルファ型モータ始動器に適用した場合を示し、同図（Ａ）は、第１の制御段階の部分系統図、同図（Ｂ）は、第２の制御段階の部分系統図、同図（Ｃ）は、定常運転状態の部分系統図である。
【図１０】図９のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【図１１】本発明を他の形態のコンドルファ型モータ始動器に適用した場合を示し、同図（Ａ）は、第１の制御段階の部分系統図、同図（Ｂ）は、第２の制御段階の部分系統図、同図（Ｃ）は、定常運転状態の部分系統図である。
【図１２】図１１のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の幾つかの実施の形態によるモータ始動器２０について図面を参照して述べると、図１は、このモータ始動器２０を含むモータ駆動回路１０を示し、図１のモータ駆動回路１０は、三相交流電源１２と三相誘導モータ１４との一相分のみが代表して示されている。
【００２０】
本発明のモータ始動器２０は、基本的に、交流電源１２とモータ１４との間に配置されたリアクトルコイル５０を含むリアクタンス付与手段Ａと、このリアクタンス付与手段Ａのリアクタンスを調整するようにこのリアクタンス付与手段Ａを制御する始動制御手段Ｂとを備える。この始動制御手段Ｂは、後に述べる半導体スイッチによって制御され、モータ１４の始動時に、リアクトルコイル５０の全部又は一部を電源１２とモータ１４との間に挿入してリアクタンス付与手段Ａのリアクタンスを調整し、モータ１４が定常運転状態になると、リアクタンス付与手段Ａを短絡又は打ち消しにより、無効にするように構成されている。
【００２１】
本発明の１つの実施の形態であるリアクトル式モータ始動器２０は、図１乃至図４に示される。このモータ始動器２０のリアクタンス付与手段Ａのリアクトルコイル５０は、交流電源１２とモータ１４との間で、定常運転用電磁接触器３０の常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１に並列にして始動電磁接触器４０の常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ１を介して配置されている。リアクタンス付与手段Ａは、リアクトルコイル（一次コイル）５０の他に、このリアクトルコイル(一次コイル)５０と同じ鉄心に逆方向に巻かれて一次コイル５０のインピーダンスを低下するように逆付勢されるリアクタンス調整用の二次コイル６０とを備え、始動制御手段Ｂは、この二次コイル６０の導通を制御するようにしている。図示の形態では、リアクトルコイル（一次コイル）５０は、その一部のコイル部分５０Ｒのみがリアクタンス調整用の二次コイル６０に対応して同じ鉄心に逆方向に巻かれており、従ってこの一次コイル５０のコイル部分５０Ｒのみのインピーダンスが調整（低減）される。
【００２２】
始動制御手段Ｂは、後に詳細に述べるように、リアクタンス調整用の二次コイル６０を導通／非導通としてリアクトルコイル(一次コイル）５０のリアクタンスを調整して始動電流を制御する。モータ１４が定常運転状態になると、定常運転スイッチ３０Ｃ１を閉じてリアクタンス付与用の二次コイル５０を短絡してリアクトルコイル(一次コイル）５０をモータ駆動回路１０から切り離す。
【００２３】
始動制御手段Ｂは、リアクタンス調整用の二次コイル６０の導通を制御する半導体スイッチ７１と、この半導体スイッチ７１の導通位相を制御するように半導体スイッチ７１の制御端子７１Ｇに接続された半導体スイッチ制御電源７２とから成っている。図示の形態では、半導体スイッチ７１は、逆並列に接続されたサイリスタ（ＳＣＲ）を含み、そのゲート（制御端子）７１Ｇに半導体スイッチ制御電源７２が接続されている。
【００２４】
半導体スイッチ制御電源７２は、半導体スイッチ７１の導通位相を制御する図示しない導通位相制御回路を含み、交流電源１２から始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ２を介して付勢される。この半導体スイッチ制御電源７２は、半導体スイッチ７１に所定の導通位相を付与するように設定されている。
【００２５】
始動制御手段Ｂは、交流電源１２に始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ３を介して接続されるタイマーリレー７３を更に含んでいる。このタイマーリレー７３は、モータ１４の起動後、安定状態に達するまでの時間に設定される。このタイマーリレー７３は、時限に達すると消勢して、後に詳細に述べるように、定常運転用電磁接触器３０を励磁し、半導体スイッチ制御電源７２を電源１２から切り離すと共に、始動用電磁接触器４０を消磁し、始動制御手段Ｂを消勢する。
【００２６】
定常運転用電磁接触器３０は、タイマーリレー７３の常開接点７３Ｃ１と定常運転用電磁接触器３０の常開接点（自己保持接点）３０Ｃ２との並列回路を介して交流電源１２に接続される。また始動用電磁接触器４０は、起動スイッチ７４と定常運転用電磁接触器３０の常閉接点３０Ｃ３の直列回路と自己常開接点４０Ｃ４と定常運転用電磁接触器３０の自己保持用電磁接触器３０Ｘの常開接点３０ＸＣとの直列回路との並列回路を介して交流電源１２に接続されている。定常運転用電磁接触器３０の自己保持用電磁接触器３０Ｘは、タイマーリレー７３の常閉接点７３Ｃ２と定常運転用電磁接触器３０の常開接点３０Ｃ４を介して交流電源１２に接続されている。
【００２７】
なお、タイマーリレー７３には始動表示灯７５が交流電源１２に並列して接続されており、始動用電磁接触器４０の常閉接点４０Ｃ５と定常運転用電磁接触器３０の常開接点３０Ｃ５とを介して定常運転表示灯７６が交流電源１２に接続されている。
【００２８】
次に、本発明の上記の実施の形態によるモータ始動器２０の動作を図２と図３とを参照しつつ説明する。なお、図２乃至図４において、太線で示された回路部分は付勢状態にある回路部分であることを示し、また図２、図３において（１）乃至（６）及び[４]乃至[６]は、モータ始動器２０の動作順序を示すが、[４]乃至[６]は、消勢の順序を示す。
【００２９】
まず、モータ１４を起動するために、図２の順序（１）で示すように、押しボタン式の起動スイッチ７４を投入する。このように、起動スイッチ７４を投入してその接点を閉じると、定常運転用電磁接触器３０の常閉接点３０Ｃ３を介して始動用電磁接触器４０が励磁されるため、始動スイッチである常開接点４０Ｃ1が閉じ、交流電源１２の電源電圧は、リアクトルコイル(一次コイル）５０を介してモータ１４に印加される。この際、始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ２が開いているため、半導体スイッチ制御電源７２が付勢されていないので、半導体スイッチ７１は、非導通状態にあり、モータ１４は、電源電圧からリアクトルコイル(一次コイル）５０によって降圧された電圧が印加される。従って、モータ１４には大きく抑制された始動電流が流れる。
【００３０】
また、始動用電磁接触器４０が励磁されると、図３の順序（２）で示すように、その常開接点４０Ｃ２、４０Ｃ３、４０Ｃ４、４０Ｃ５が閉じるので、半導体スイッチ制御電源７２と、自己保持電磁接触器３０Ｘと、タイマーリレー７３とが付勢される。
【００３１】
自己保持電磁接触器３０Ｘが励磁されると、図３の順序（３）で示すように、既に自己の励磁で閉じている常開接点４０Ｃ４と自己保持電磁接触器３０Ｘの励磁で閉じられた常開接点３０ＸＣとを介して始動用電磁接触器４０が自己保持されるので、起動スイッチ７４から手を離しても始動用電磁接触器４０の励磁状態が維持される。
【００３２】
半導体スイッチ制御電源７２が付勢されると、半導体スイッチ（サイリスタ）７１は、半導体スイッチ制御電源７２で予め設定された所定の導通位相と非導通位相とに応じて、導通（オン）と非導通（オフ）とを繰り返す。
【００３３】
従って、リアクタンス調整の二次コイル６０は、半導体スイッチ（サイリスタ）７１の導通と非導通との繰り返しによって閉成回路状態と開放回路状態とが所定の位相間隔で繰り返される。二次コイル６０が閉成回路となると、リアクトルコイル(一次コイル）５０の一部のコイル部分５０Ｒが逆励磁されてそのリアクタンスが打ち消されるためリアクトルコイル(一次コイル）５０全体のインピーダンスが低下し、電源電圧の降圧レベルが小さくなって始動電流が増加する。また二次コイル６０が開放回路となると、リアクトルコイル(一次コイル）５０のコイル部分５０Ｒの逆励磁がなくなってリアクタンスの打ち消しもなくなり、リアクトルコイル(一次コイル）５０全体のインピーダンスが元の値に復帰し、電源電圧の降圧レベルが大きくなって始動電流が減少する。
【００３４】
図５（Ａ）は、電源電圧Ｖの波形、図５（Ｂ）は、半導体スイッチ７１が非導通の時の始動電流ＩＳの波形、また図５（Ｃ）は、半導体スイッチ７１が１サイクルの内各正負の半サイクル毎に、位相角θ１で非導通、θ２で導通とした場合の始動電流ＩＳの波形を示す。図５（Ｂ）から解るように、半導体スイッチ７１の導通位相角が０°の場合、即ち位相角θ１、θ２で非導通の場合には、リアクトルコイル(一次コイル）５０がモータ駆動回路１０に大きなインピーダンスを付与して始動電流を大きく抑制する。また図５（Ｃ）から解るように、半導体スイッチ７１の非導通の位相角θ１である場合には始動電流ＩＳ１の絶対値は低いが、半導体スイッチ７１の導通の位相角θ２である場合には始動電流ＩＳ２の絶対値は高くなる。
【００３５】
このように、半導体スイッチ７１を所定の位相角で導通と非導通とを繰り返すことによってリアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスを調整して始動電流ＩＳを抑制することができる。従って、半導体スイッチ７１の導通位相角θ２を起動後の時間の経過につれて半サイクル毎に０°から１８０°まで徐々に大きくなるように設定することにより、モータの回転数の上昇につれて始動電流が無段階に増加するように制御することができる。これによってモータ１４を円滑に始動することができる。
【００３６】
タイマーリレー７３が所定の時限ＴＬ（図６参照）に達すると、図４の順序（４）で示すように、その常開接点７３Ｃ１を閉じて定常運転用電磁接触器３０を励磁すると同時に、順序[４]で示すように、常閉接点７３Ｃ２を開いて自己保持電磁接触器３０Ｘを消磁する。このように、自己保持電磁接触器３０Ｘが消磁すると、その常開接点３０ＸＣが開くため始動用電磁接触器４０が消磁する。定常運転用電磁接触器３０は、自己保持常開接点３０Ｃ２の閉成によって自己保持されるので、タイマーリレー７３の消磁によってその常開接点７３Ｃ２が開いても定常運転用電磁接触器３０の励磁が維持される（図４の順序（５）参照）。
【００３７】
また、定常運転用電磁接触器３０が励磁されると、その常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１が閉じて交流電源１２が直接モータ１４に接続されてモータ１４に定常のモータ駆動電流が流れると同時に（図４の順序（４）参照）、始動用電磁接触器４０の消磁によってその常開接点４０Ｃ１が開いてリアクトルコイル(一次コイル）５０がモータ駆動回路２０から切り離される（図４の順序〔５〕参照）。また常開接点４０Ｃ３、４０Ｃ４が開いてタイマーリレー７３及び始動電磁接触器４０が交流電源１２から切り離され、いずれも始動前の状態に戻る（図４の順序[５] [６]参照）。このようにして、モータ１４は、リアクトルコイル(一次コイル）５０を介することなく、交流電源１２から直接駆動される。
【００３８】
上記の実施の形態によるリアクトル式始動器によってモータ１４が駆動される場合の電圧−電流特性が図６に示されている。この図から解るように、起動開始(始動)後、電圧は、リアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスによって印加電圧Ｖａが抑制されるが、リアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスは、半導体スイッチ７１の導通位相の制御（オン／オフ）によって行われる二次コイル６０の閉開（導通／非導通）動作によって調整されると、モータの回転数の上昇（時間Ｔの経過）に伴って印加電圧Ｖａが徐々に上昇し、定常電圧Ｖｃに至る。一方、始動電流(モータ駆動電流)Ｉは、印加電圧Ｖａの降圧によって「ＩＳ」のように抑制される。同様に、始動電流ＩＳは、半導体スイッチ７１の導通位相の制御によって徐々に増加し、定常運転状態に入ると、次第に減少し、最後に安定状態になって定常電流ＩＴとなる。タイマーリレー７３の時限ＴＬは、この定常運転状態に入るころに設定されているので、一次コイル５０がモータ駆動回路１０から外されて定常運転状態に入る。
【００３９】
図３に示すように、始動表示灯７５は、始動用電磁接触器４０が励磁されてその常開接点４０Ｃ３が閉じると、タイマーリレー７３の励磁と共に点灯し、またタイマーリレー７３が時限ＴＬに達して消磁して始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ３が開くと消灯する。定常運転用電磁接触器３０が励磁されてその常開接点３０Ｃ５が閉じると、定常運転表示灯７６は、始動用電磁接触器４０の消磁で閉じる常閉接点４０Ｃ５を介して交流電源１２に接続されて点灯する。
【００４０】
上記の実施の形態で本発明は、リアクトル式モータ始動器に適用したが、本発明は、図７、図９及び図１０に示すように、コンドルファ式モータ始動器にも同様にして適用することができる。
【００４１】
図７の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器に用いられるリアクトルコイル(一次コイル）５０は、常開接点４０Ｃ６を介して他の相に接続される。この一次コイル５０の一部５０Ｒには図１と同様の始動制御手段Ｂが設けられ、且つ、このリアクトルコイル(一次コイル）５０の一部５０Ｒにタップ切り替え端子５０Ｔ１（８０％減圧）、５０Ｔ２（６５％減圧）を介してモータ１４に接続されていることを除いて図１のモータ始動器２０と同じである。なお、図７には、図１の右側に示されたのと同様の半導体スイッチ制御電源７２、電磁接触器３０、４０、タイマーリレー７３及び表示灯７５、７６の回路が設けられ、相間接続用常開接点４０Ｃ６は、始動用常開接点４０Ｃ１と同様に、図１の始動用電磁接触器４０の励磁によって閉じられる。なお、この常開接点４０Ｃ６は、始動用電磁接触器４０の励磁によって始動用常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ１と同時に閉じるが、この始動用常開接点４０Ｃ１よりも早く開くようにタイマーリレー７３とは別個のタイマーリレーによって開くようにする。
【００４２】
図７の実施の形態によるモータ始動器２０は、図１の起動スイッチ７４に相当する起動スイッチを投入後、始動用電磁接触器４０が励磁され、常開接点４０Ｃ１及び４０Ｃ６が閉じられるので、一次コイル５０の一部５０Ｒがタップ切り替え端子Ｔ１、Ｔ２で定まる分圧比に応じて電源電圧が分圧されてモータ１４に印加される。
【００４３】
一方、一次コイル部分５０Ｒに対応してこのコイル部分５０Ｒのリアクタンスを打ち消すように作用する二次コイル６０は、半導体スイッチの導通位相角θ２の大きさに応じてこの一次コイル部分５０Ｒのリアクタンスを減少させ、従ってモータ１４に印加される電圧も相応して小さくなる。所定の時間が経過すると、常開接点４０Ｃ６が開くので、モータ１４にはタップ切り替え端子Ｔ１、Ｔ２を介して一次コイル５０の一部５０Ｒがリアクトルコイルとして作用して電源電圧にリアクタンスを付与し、図１のリアクトル始動器と同様の方法で始動電流を制御する。
【００４４】
図１のタイマーリレー７３が時限ＴＬに達すると、常開接点４０Ｃ１が開くと同時に、定常運転用電磁接触器３０が励磁されてその常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１が閉じ、リアクトルコイル(一次コイル）５０が短絡されて電源電圧がそのままモータ１４に印加される。
【００４５】
図８は、図７のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示す。このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチ投入、（ｂ）常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｃ）半導体スイッチ７１の導通位相に応じて定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加、（ｄ）常開接点４０Ｃ６の開放によるタップ電圧のモータへの印加、（ｅ）タイマーリレーの励磁による常開接点４０Ｃ1の開放と定常運転スイッチ（常開接点）３０Ｃ１の閉成による電源電圧のモータへの印加(定常運転状態)の順に始動制御される。
【００４６】
図９の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器２０は、図７の実施の形態によるモータ始動器２０の定常運転スイッチ(常開接点)３０Ｃ1を含む接続回路と常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ1とがなく、定常運転状態では、リアクトルコイル(一次コイル）５０のコイル部分５０Ｒに対応する二次コイル６０が半導体スイッチ７１の全導通角での導通により、コイル部分５０Ｒのリアクタンスが打ち消されて、リアクトルコイル(一次コイル）５０が恰も無誘導回路となるようにしてリアクタンス付与手段Ａを無効にすることを除いて図７のモータ始動器２０と同じである。なお、図９において、回路の太線部分は、全励磁状態にあることを示し、回路の一点鎖線の太線部分は、導通角が制御されている状態を示す。
【００４７】
図１０は、図９のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示し、このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチの投入、（ｂ）常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｃ）半導体スイッチ７１の導通位相により定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加（図９（Ａ）参照）、（ｄ）常開接点４０Ｃ６の開放によるタップ電圧のモータへの印加（図９（Ｂ）参照）、（ｅ）タイマーリレーの励磁による半導体スイッチ７１の全位相角での導通によるコイル部分５０Ｒの全リアクタンスの打ち消し（リアクトルコイル(一次コイル)５０の無誘導化＝リアクタンス付与手段Ａの無効化）の順に始動制御される。
【００４８】
図１１の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器２０は、図９の実施の形態によるモータ始動器２０のリアクトルコイル５０に対応してこれを逆励磁する二次コイル６０がなく、リアクトルコイル５０の導通を直接半導体スイッチ７１で制御するように半導体スイッチ７１をリアクトルコイル５０に並列に接続したことを除いて図９のモータ始動器２０と同じである。
【００４９】
このモータ始動器２０は、図１１に示すように、起動スイッチ７４の投入で励磁される半導体スイッチ制御電源７２とこの半導体スイッチ制御電源７２の駆動によって励磁されて常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ６を閉成する始動用電磁接触器４０とを備えている。なお、図１乃至図４と同じ部分は同じ符号が付されている。
【００５０】
図１２は、図１１のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示し、このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチ７４の投入、（ｂ）半導体スイッチ制御電源７２の付勢による半導体スイッチ７１の導通／非導通、（ｃ）始動用電磁接触器４０の励磁による常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｄ）半導体スイッチ７１の導通位相により定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加（図１１（Ａ）参照）、（ｅ）常開接点４０Ｃ６の開放後半導体スイッチ７１の導通位相に応じたリアクトルコイル５０のタップ電圧のモータへの印加（図１１（Ｂ）参照）、（ｆ）タイマーリレー７３の励磁による半導体スイッチ７１の全位相角での導通によるコイル部分５０Ｒの短絡（リアクタンス付与手段Ａの無効化）の順に始動制御される。図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、始動制御中は、始動表示灯７５Ａが点灯し、図１１（Ｃ）示すように、定常運転中は、常閉接点４０Ｃ５の閉成と常開接点７２Ｘとを通して定常運転表示灯７６が点灯する。
【００５１】
図１２のモータ始動器２０は、他の実施の形態のモータ始動器２とは異なって低圧の電源電圧から駆動されるモータに用いられるのに好適である。電源電圧が低圧であると、モータの定常運転で半導体スイッチ７１にモータ駆動電流を流すことができる(図１１(Ｃ)参照)。
【００５２】
いずれの図示の実施の形態も、電源１２とモータ始動器２０との間には、起動スイッチ７４と同時に閉じられるが、起動スイッチ７４から手を離しても閉成状態が保持される電源スイッチを有するが、図面ではいずれも省略されている。
【００５３】
なお、図示の実施の形態では、タイマーリレー７３の消磁で始動制御状態から定常運転状態に入るようにしたが、例えば、モータの回転数や駆動電流を検出してその検出結果に基づいて始動制御状態から定常運転状態に入るようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、電源とモータとの間に配置されて電源電圧を減圧するリアクトルコイルのリアクタンスが半導体スイッチの導通位相角の制御によって調整される。半導体スイッチは、モータ駆動回路中のリアクトルコイルのインピーダンスを制御するので、高圧電源であっても大容量の半導体スイッチを用いることなく、始動電流を無段階に円滑に制御することができ、産業上の利用性が向上する。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ リアクタンス付与手段
Ｂ 始動制御手段
１０ モータ駆動回路
１２ 三相交流電源
１４ 三相誘導モータ
２０ モータ始動器
３０ 定常運転用電磁接触器
３０Ｃ１ 常開接点（定常運転スイッチ）
３０Ｃ２，３０Ｃ４、３０Ｃ５ 常開接点
３０Ｃ３ 常閉接点
４０ 始動用電磁接触器
４０Ｃ１ 常開接点(始動スイッチ)
４０Ｃ２、４０Ｃ３、４０Ｃ４、４０Ｃ６ 常開接点
４０Ｃ５ 常閉接点
４０Ｃ６ 常開接点
４０Ｃ６Ｘ 常閉接点
５０ リアクトルコイル（一次コイル）
５０Ｒ 一次コイルの一部
６０ 二次コイル（リアクタンス調整用）
７１ 半導体スイッチ(例えば、逆並列サイリスタ)
７１Ｇ 制御端子(ゲート)
７２ 半導体スイッチ制御電源
７２Ｘ 常開接点
７３ タイマーリレー
７３Ｃ１ 常開接点
７３Ｃ２ 常閉接点
７４ 起動スイッチ
７５ 始動用表示灯
７６ 定常運転用表示灯
Ｔ１、Ｔ２ タップ切り替え端子
Ｖ 電源電圧
ＩＳ、ＩＳ１、ＩＳ２ 始動電流
Ｖａ 印加電圧
Ｖｃ 定常電圧
ＩＴ 定常電流
ＴＬ 時限
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ始動器に関し、更に詳細に述べると、誘導モータの始動電流を抑制しつつ誘導モータを始動する誘導モータ始動器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘導モータの起動時に流れる始動電流を抑制し、モータの回転数の上昇に伴う始動電流の補正により、モータを適正な電圧―電流特性で始動するようにした幾つかのモータ始動器が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
１つの従来技術によるモータ始動器が特許文献１（特開２００６−２７１０６０号公報）に開示されている。特許文献１の図３、図５（リアクトル始動方式）及び図４、図６（コンドルファ始動方式）に示すように、このモータ始動器は、電源と誘導モータＭ（図３、図４の符号３０、４０、図５、図６の符号５０、６０）との間に接続されてリアクタンスを付与し電源電圧を降圧する一次コイル（主コイル）（図３、図４の符号３２、４２、図５、図６の符号５２，６２）とこの一次コイルと共通の鉄心に巻かれていて一次コイルを消磁方向に制御して一次コイルのリアクタンスを低減するように調整する二次コイル（制御コイル）（図３，図４の符号３４、４５、図５、図６の符号５４、６５）とから成っている。二次コイル（制御コイル）３４、４５を機械的スイッチ（図３、図４の符号３５、４６）でオン、オフするか、二次コイル（制御コイル）５４、６５をこの二次コイル（制御コイル）５４、６５とは別個の鉄心に巻かれている三次コイル（補助コイル）（図５、図６の符号５５、６６）に接続し、この三次コイル（補助コイル）５５、５６を電磁接触器（図５、図６の符号５８、６９）により、タップを切り替えて制御する。
【０００４】
このモータ始動器は、モータの起動時に、図３、図４のスイッチ３５、４６を開くか、図５、図６のすべての電磁接触器５８、６９を開いて二次コイル５４、６５を非励磁状態として一次コイル（主コイル）３２、４２、５２、６２が電源と誘導モータＭとの間にあって電源電圧を減圧し、始動電流を抑制している。モータの回転数の上昇に伴って始動電流が低下した所定の段階で、図３、図４のスイッチ３５、４６を投入して二次コイル（制御コイル）３４、４５を一次コイル（主コイル）の消磁方向に励磁可能な状態とするか、図５、図６の電磁接触器５８、６９によって三次コイル（補助コイル）５５、５６のタップ間コイル部分を二次コイル（制御コイル）５４、６５に挿入してこの二次コイル（制御コイル）５４、６５を一次コイル（主コイル）の消磁方向に励磁可能な状態にしている。二次コイル３４、４５、５４、６５が励磁可能な状態となると、一次コイル（主コイル）３２、４２、５２、６２の消磁を段階的に（図５、図６の場合）又は全体的に（図３乃至図６の場合）行うことによってインピーダンスが小さくなり、始動電流の抑制を小さくして、モータが定常回転数に達した時に、電圧−電流特性が安定状態になる。
【０００５】
しかし、この特許文献１の従来技術によるモータ始動器は、二次コイル（制御コイル）を開回路か閉回路とすることにより、一次コイル（主コイル）のリアクタンスを段階的に変化させて始動電流を制御するので、電圧電流の変化が段階的に切り替わる（特許文献１の図１０参照）。このため、モータの始動特性が円滑に行われないし、機械的接点を用いるので、接点不良や経年変化に対するメンテナンスを必要とするとともに、機械的な衝撃を発生する虞があった。
【０００６】
なお、特許文献１の図１及び図２に記載のモータ始動器は、特許文献１の発明の他の従来技術であり、この図１及び図２のモータ始動器は、図３乃至図６のモータ始動器とは異なり、逆励磁用の二次コイルを有しないので、主コイルの全部又は一部を電源とモータとの間に挿入して印加電圧を減圧し、定常運転で主コイルを短絡して定常電流をモータに供給するようにしている。この形態のモータ始動器も特許文献１の図３乃至図６のモータ始動器と同様の欠点を有する(特許文献１の図８参照)。
【０００７】
他の従来技術によるモータ始動器が特許文献２（特開平１１−１５５２９３号公報）に開示されている。このモータ始動器は、電源とモータとの間に配置された半導体スイッチ（逆並列のＳＣＲ）から成っており、この始動器は、半導体スイッチの導通位相を制御することによってモータ印加電圧を連続的に変化してモータは安定状態に達するまで始動電流を制御している。
【０００８】
このモータ始動器は、半導体スイッチの導通位相を制御することによって始動電流を制御するので、始動電流は無段階に制御できるが、半導体スイッチは、モータ電流（始動電流）を直接導通するモータ始動回路に配置されるので、大容量の半導体スイッチ（ＳＣＲ)とする必要があり、また始動時に高周波ノイズを伴う欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２７１０６０号公報
【特許文献２】特開平１１−１５５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、大容量の半導体スイッチを用いることなく、始動電流を無段階に円滑に制御することができるモータ始動器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の基本的な課題解決手段は、電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように前記リアクタンス付与手段を制御する始動制御手段とを備え、前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記リアクトルコイルの全部又は一部を前記電源とモータとの間に挿入して前記リアクタンス付与手段によりリアクタンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたモータ始動器において、前記始動制御手段は、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように導通制御される半導体スイッチと、前記半導体スイッチの導通位相を制御するように前記半導体スイッチの制御端子に接続された半導体スイッチ導通位相制御回路とを含んでいることを特徴とするモータ始動器を提供することにある。
【００１２】
本発明の上記基本的な課題解決手段において、リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイル（一次コイル）の少なくとも一部と同じ鉄心に逆方向に巻かれた二次コイルを含んでいるものとすることができる。この始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクトルコイルを短絡するか前記リアクトルコイルの全リアクタンスを打ち消して前記リアクタンス付与手段を無効にするように制御する。この始動制御手段の半導体スイッチは、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整することができる。
【００１３】
また、本発明の上記基本的な課題解決手段において、リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイルのみから成り、前記始動制御手段の半導体スイッチは、前記リアクトルコイルに並列に接続され、前記半導体スイッチの導通位相に応じて前記リアクトルコイルを短絡して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを経時的に調整する形態とすることもできる。この形態は、電源電圧が比較的低い場合に好適に使用される。
【００１４】
本発明の上記課題解決手段において、始動制御手段は、タイマーリレーを含み、前記タイマーリレーは、前記モータの回転が定常状態に達した時に前記半導体スイッチの導通位相制御回路を前記半導体スイッチの制御端子により遮断し、前記定常運転用常開接点を閉じるように設定されているのが好ましい。
【００１５】
本発明の上記課題解決手段において、前記半導体スイッチの導通位相回路は、電源電圧の正負の半サイクル毎に０°乃至１８０°の範囲で導通角を変化するように設定されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段を半導体スイッチの導通位相の制御によってインピ−ダンス調整するので、モータの始動電流を無段階に調整することができる。
【００１７】
また、半導体スイッチは、モータ電流調整の主回路に配置されるのではなく、モータ電流回路のリアクタンス付与手段のリアクトルコイル又はそのリアクタンス調整用の二次コイルの電流を制御するので、半導体スイッチの容量が小さくてよく、また高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のリクアクトル制御方式によるモータ始動器を含むモータ駆動回路の系統図である。
【図２】図１のモータ始動器の起動時の第１の回路動作状態を示す系統図である。
【図３】図１のモータ始動器の起動時の第２及び第３の回路動作状態を示す系統図である。
【図４】図１のモータ始動器の第４乃至第６の回路動作状態とモータが定常運転に至るまでのモータ始動器の回路状態を示す系統図である。
【図５】図１乃至図４のモータ始動器に印加する電源電圧波形（Ａ）と、半導体スイッチが動作していない時の出力電流（始動電流）波形（Ｂ）と半導体スイッチの導通が位相制御されている時の出力電流（始動電流）（Ｃ）との１サイクルを示す波形図である。
【図６】図１のモータ始動器の起動後定常運転に入るまでの電圧―電流特性を示す波形図である。
【図７】本発明をコンドルファ型モータ始動器に適用した場合の部分系統図である。
【図８】図７のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【図９】本発明を他の形態のコンドルファ型モータ始動器に適用した場合を示し、同図（Ａ）は、第１の制御段階の部分系統図、同図（Ｂ）は、第２の制御段階の部分系統図、同図（Ｃ）は、定常運転状態の部分系統図である。
【図１０】図９のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【図１１】本発明を他の形態のコンドルファ型モータ始動器に適用した場合を示し、同図（Ａ）は、第１の制御段階の部分系統図、同図（Ｂ）は、第２の制御段階の部分系統図、同図（Ｃ）は、定常運転状態の部分系統図である。
【図１２】図１１のモータ始動器の始動制御動作を段階的に説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の幾つかの実施の形態によるモータ始動器２０について図面を参照して述べると、図１は、このモータ始動器２０を含むモータ駆動回路１０を示し、図１のモータ駆動回路１０は、三相交流電源１２と三相誘導モータ１４との一相分のみが代表して示されている。
【００２０】
本発明のモータ始動器２０は、基本的に、交流電源１２とモータ１４との間に配置されたリアクトルコイル５０を含むリアクタンス付与手段Ａと、このリアクタンス付与手段Ａのリアクタンスを調整するようにこのリアクタンス付与手段Ａを制御する始動制御手段Ｂとを備える。この始動制御手段Ｂは、後に述べる半導体スイッチによって制御され、モータ１４の始動時に、リアクトルコイル５０の全部又は一部を電源１２とモータ１４との間に挿入してリアクタンス付与手段Ａのリアクタンスを調整し、モータ１４が定常運転状態になると、リアクタンス付与手段Ａを短絡又は打ち消しにより、無効にするように構成されている。
【００２１】
本発明の１つの実施の形態であるリアクトル式モータ始動器２０は、図１乃至図４に示される。このモータ始動器２０のリアクタンス付与手段Ａのリアクトルコイル５０は、交流電源１２とモータ１４との間で、定常運転用電磁接触器３０の常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１に並列にして始動電磁接触器４０の常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ１を介して配置されている。リアクタンス付与手段Ａは、リアクトルコイル（一次コイル）５０の他に、このリアクトルコイル(一次コイル)５０と同じ鉄心に逆方向に巻かれて一次コイル５０のインピーダンスを低下するように逆付勢されるリアクタンス調整用の二次コイル６０とを備え、始動制御手段Ｂは、この二次コイル６０の導通を制御するようにしている。図示の形態では、リアクトルコイル（一次コイル）５０は、その一部のコイル部分５０Ｒのみがリアクタンス調整用の二次コイル６０に対応して同じ鉄心に逆方向に巻かれており、従ってこの一次コイル５０のコイル部分５０Ｒのみのインピーダンスが調整（低減）される。
【００２２】
始動制御手段Ｂは、後に詳細に述べるように、リアクタンス調整用の二次コイル６０を導通／非導通としてリアクトルコイル(一次コイル）５０のリアクタンスを調整して始動電流を制御する。モータ１４が定常運転状態になると、定常運転スイッチ３０Ｃ１を閉じてリアクタンス付与用の二次コイル５０を短絡してリアクトルコイル(一次コイル）５０をモータ駆動回路１０から切り離す。
【００２３】
始動制御手段Ｂは、リアクタンス調整用の二次コイル６０の導通を制御する半導体スイッチ７１と、この半導体スイッチ７１の導通位相を制御するように半導体スイッチ７１の制御端子７１Ｇに接続された半導体スイッチ制御電源７２とから成っている。図示の形態では、半導体スイッチ７１は、逆並列に接続されたサイリスタ（ＳＣＲ）を含み、そのゲート（制御端子）７１Ｇに半導体スイッチ制御電源７２が接続されている。
【００２４】
半導体スイッチ制御電源７２は、半導体スイッチ７１の導通位相を制御する図示しない導通位相制御回路を含み、交流電源１２から始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ２を介して付勢される。この半導体スイッチ制御電源７２は、半導体スイッチ７１に所定の導通位相を付与するように設定されている。
【００２５】
始動制御手段Ｂは、交流電源１２に始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ３を介して接続されるタイマーリレー７３を更に含んでいる。このタイマーリレー７３は、モータ１４の起動後、安定状態に達するまでの時間に設定される。このタイマーリレー７３は、時限に達すると消勢して、後に詳細に述べるように、定常運転用電磁接触器３０を励磁し、半導体スイッチ制御電源７２を電源１２から切り離すと共に、始動用電磁接触器４０を消磁し、始動制御手段Ｂを消勢する。
【００２６】
定常運転用電磁接触器３０は、タイマーリレー７３の常開接点７３Ｃ１と定常運転用電磁接触器３０の常開接点（自己保持接点）３０Ｃ２との並列回路を介して交流電源１２に接続される。また始動用電磁接触器４０は、起動スイッチ７４と定常運転用電磁接触器３０の常閉接点３０Ｃ３の直列回路と自己常開接点４０Ｃ４と定常運転用電磁接触器３０の自己保持用電磁接触器３０Ｘの常開接点３０ＸＣとの直列回路との並列回路を介して交流電源１２に接続されている。定常運転用電磁接触器３０の自己保持用電磁接触器３０Ｘは、タイマーリレー７３の常閉接点７３Ｃ２と定常運転用電磁接触器３０の常開接点３０Ｃ４を介して交流電源１２に接続されている。
【００２７】
なお、タイマーリレー７３には始動表示灯７５が交流電源１２に並列して接続されており、始動用電磁接触器４０の常閉接点４０Ｃ５と定常運転用電磁接触器３０の常開接点３０Ｃ５とを介して定常運転表示灯７６が交流電源１２に接続されている。
【００２８】
次に、本発明の上記の実施の形態によるモータ始動器２０の動作を図２と図３とを参照しつつ説明する。なお、図２乃至図４において、太線で示された回路部分は付勢状態にある回路部分であることを示し、また図２、図３において（１）乃至（６）及び[４]乃至[６]は、モータ始動器２０の動作順序を示すが、[４]乃至[６]は、消勢の順序を示す。
【００２９】
まず、モータ１４を起動するために、図２の順序（１）で示すように、押しボタン式の起動スイッチ７４を投入する。このように、起動スイッチ７４を投入してその接点を閉じると、定常運転用電磁接触器３０の常閉接点３０Ｃ３を介して始動用電磁接触器４０が励磁されるため、始動スイッチである常開接点４０Ｃ1が閉じ、交流電源１２の電源電圧は、リアクトルコイル(一次コイル）５０を介してモータ１４に印加される。この際、始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ２が開いているため、半導体スイッチ制御電源７２が付勢されていないので、半導体スイッチ７１は、非導通状態にあり、モータ１４は、電源電圧からリアクトルコイル(一次コイル）５０によって降圧された電圧が印加される。従って、モータ１４には大きく抑制された始動電流が流れる。
【００３０】
また、始動用電磁接触器４０が励磁されると、図３の順序（２）で示すように、その常開接点４０Ｃ２、４０Ｃ３、４０Ｃ４、４０Ｃ５が閉じるので、半導体スイッチ制御電源７２と、自己保持電磁接触器３０Ｘと、タイマーリレー７３とが付勢される。
【００３１】
自己保持電磁接触器３０Ｘが励磁されると、図３の順序（３）で示すように、既に自己の励磁で閉じている常開接点４０Ｃ４と自己保持電磁接触器３０Ｘの励磁で閉じられた常開接点３０ＸＣとを介して始動用電磁接触器４０が自己保持されるので、起動スイッチ７４から手を離しても始動用電磁接触器４０の励磁状態が維持される。
【００３２】
半導体スイッチ制御電源７２が付勢されると、半導体スイッチ（サイリスタ）７１は、半導体スイッチ制御電源７２で予め設定された所定の導通位相と非導通位相とに応じて、導通（オン）と非導通（オフ）とを繰り返す。
【００３３】
従って、リアクタンス調整の二次コイル６０は、半導体スイッチ（サイリスタ）７１の導通と非導通との繰り返しによって閉成回路状態と開放回路状態とが所定の位相間隔で繰り返される。二次コイル６０が閉成回路となると、リアクトルコイル(一次コイル）５０の一部のコイル部分５０Ｒが逆励磁されてそのリアクタンスが打ち消されるためリアクトルコイル(一次コイル）５０全体のインピーダンスが低下し、電源電圧の降圧レベルが小さくなって始動電流が増加する。また二次コイル６０が開放回路となると、リアクトルコイル(一次コイル）５０のコイル部分５０Ｒの逆励磁がなくなってリアクタンスの打ち消しもなくなり、リアクトルコイル(一次コイル）５０全体のインピーダンスが元の値に復帰し、電源電圧の降圧レベルが大きくなって始動電流が減少する。
【００３４】
図５（Ａ）は、電源電圧Ｖの波形、図５（Ｂ）は、半導体スイッチ７１が非導通の時の始動電流ＩＳの波形、また図５（Ｃ）は、半導体スイッチ７１が１サイクルの内各正負の半サイクル毎に、位相角θ１で非導通、θ２で導通とした場合の始動電流ＩＳの波形を示す。図５（Ｂ）から解るように、半導体スイッチ７１の導通位相角が０°の場合、即ち位相角θ１、θ２で非導通の場合には、リアクトルコイル(一次コイル）５０がモータ駆動回路１０に大きなインピーダンスを付与して始動電流を大きく抑制する。また図５（Ｃ）から解るように、半導体スイッチ７１の非導通の位相角θ１である場合には始動電流ＩＳ１の絶対値は低いが、半導体スイッチ７１の導通の位相角θ２である場合には始動電流ＩＳ２の絶対値は高くなる。
【００３５】
このように、半導体スイッチ７１を所定の位相角で導通と非導通とを繰り返すことによってリアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスを調整して始動電流ＩＳを抑制することができる。従って、半導体スイッチ７１の導通位相角θ２を起動後の時間の経過につれて半サイクル毎に０°から１８０°まで徐々に大きくなるように設定することにより、モータの回転数の上昇につれて始動電流が無段階に増加するように制御することができる。これによってモータ１４を円滑に始動することができる。
【００３６】
タイマーリレー７３が所定の時限ＴＬ（図６参照）に達すると、図４の順序（４）で示すように、その常開接点７３Ｃ１を閉じて定常運転用電磁接触器３０を励磁すると同時に、順序[４]で示すように、常閉接点７３Ｃ２を開いて自己保持電磁接触器３０Ｘを消磁する。このように、自己保持電磁接触器３０Ｘが消磁すると、その常開接点３０ＸＣが開くため始動用電磁接触器４０が消磁する。定常運転用電磁接触器３０は、自己保持常開接点３０Ｃ２の閉成によって自己保持されるので、タイマーリレー７３の消磁によってその常開接点７３Ｃ２が開いても定常運転用電磁接触器３０の励磁が維持される（図４の順序（５）参照）。
【００３７】
また、定常運転用電磁接触器３０が励磁されると、その常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１が閉じて交流電源１２が直接モータ１４に接続されてモータ１４に定常のモータ駆動電流が流れると同時に（図４の順序（４）参照）、始動用電磁接触器４０の消磁によってその常開接点４０Ｃ１が開いてリアクトルコイル(一次コイル）５０がモータ駆動回路２０から切り離される（図４の順序〔５〕参照）。また常開接点４０Ｃ３、４０Ｃ４が開いてタイマーリレー７３及び始動電磁接触器４０が交流電源１２から切り離され、いずれも始動前の状態に戻る（図４の順序[５] [６]参照）。このようにして、モータ１４は、リアクトルコイル(一次コイル）５０を介することなく、交流電源１２から直接駆動される。
【００３８】
上記の実施の形態によるリアクトル式始動器によってモータ１４が駆動される場合の電圧−電流特性が図６に示されている。この図から解るように、起動開始(始動)後、電圧は、リアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスによって印加電圧Ｖａが抑制されるが、リアクトルコイル(一次コイル）５０のインピーダンスは、半導体スイッチ７１の導通位相の制御（オン／オフ）によって行われる二次コイル６０の閉開（導通／非導通）動作によって調整されると、モータの回転数の上昇（時間Ｔの経過）に伴って印加電圧Ｖａが徐々に上昇し、定常電圧Ｖｃに至る。一方、始動電流(モータ駆動電流)Ｉは、印加電圧Ｖａの降圧によって「ＩＳ」のように抑制される。同様に、始動電流ＩＳは、半導体スイッチ７１の導通位相の制御によって徐々に増加し、定常運転状態に入ると、次第に減少し、最後に安定状態になって定常電流ＩＴとなる。タイマーリレー７３の時限ＴＬは、この定常運転状態に入るころに設定されているので、一次コイル５０がモータ駆動回路１０から外されて定常運転状態に入る。
【００３９】
図３に示すように、始動表示灯７５は、始動用電磁接触器４０が励磁されてその常開接点４０Ｃ３が閉じると、タイマーリレー７３の励磁と共に点灯し、またタイマーリレー７３が時限ＴＬに達して消磁して始動用電磁接触器４０の常開接点４０Ｃ３が開くと消灯する。定常運転用電磁接触器３０が励磁されてその常開接点３０Ｃ５が閉じると、定常運転表示灯７６は、始動用電磁接触器４０の消磁で閉じる常閉接点４０Ｃ５を介して交流電源１２に接続されて点灯する。
【００４０】
上記の実施の形態で本発明は、リアクトル式モータ始動器に適用したが、本発明は、図７、図９及び図１０に示すように、コンドルファ式モータ始動器にも同様にして適用することができる。
【００４１】
図７の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器に用いられるリアクトルコイル(一次コイル）５０は、常開接点４０Ｃ６を介して他の相に接続される。この一次コイル５０の一部５０Ｒには図１と同様の始動制御手段Ｂが設けられ、且つ、このリアクトルコイル(一次コイル）５０の一部５０Ｒにタップ切り替え端子５０Ｔ１（８０％減圧）、５０Ｔ２（６５％減圧）を介してモータ１４に接続されていることを除いて図１のモータ始動器２０と同じである。なお、図７には、図１の右側に示されたのと同様の半導体スイッチ制御電源７２、電磁接触器３０、４０、タイマーリレー７３及び表示灯７５、７６の回路が設けられ、相間接続用常開接点４０Ｃ６は、始動用常開接点４０Ｃ１と同様に、図１の始動用電磁接触器４０の励磁によって閉じられる。なお、この常開接点４０Ｃ６は、始動用電磁接触器４０の励磁によって始動用常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ１と同時に閉じるが、この始動用常開接点４０Ｃ１よりも早く開くようにタイマーリレー７３とは別個のタイマーリレーによって開くようにする。
【００４２】
図７の実施の形態によるモータ始動器２０は、図１の起動スイッチ７４に相当する起動スイッチを投入後、始動用電磁接触器４０が励磁され、常開接点４０Ｃ１及び４０Ｃ６が閉じられるので、一次コイル５０の一部５０Ｒがタップ切り替え端子Ｔ１、Ｔ２で定まる分圧比に応じて電源電圧が分圧されてモータ１４に印加される。
【００４３】
一方、一次コイル部分５０Ｒに対応してこのコイル部分５０Ｒのリアクタンスを打ち消すように作用する二次コイル６０は、半導体スイッチの導通位相角θ２の大きさに応じてこの一次コイル部分５０Ｒのリアクタンスを減少させ、従ってモータ１４に印加される電圧も相応して小さくなる。所定の時間が経過すると、常開接点４０Ｃ６が開くので、モータ１４にはタップ切り替え端子Ｔ１、Ｔ２を介して一次コイル５０の一部５０Ｒがリアクトルコイルとして作用して電源電圧にリアクタンスを付与し、図１のリアクトル始動器と同様の方法で始動電流を制御する。
【００４４】
図１のタイマーリレー７３が時限ＴＬに達すると、常開接点４０Ｃ１が開くと同時に、定常運転用電磁接触器３０が励磁されてその常開接点（定常運転スイッチ）３０Ｃ１が閉じ、リアクトルコイル(一次コイル）５０が短絡されて電源電圧がそのままモータ１４に印加される。
【００４５】
図８は、図７のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示す。このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチ投入、（ｂ）常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｃ）半導体スイッチ７１の導通位相に応じて定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加、（ｄ）常開接点４０Ｃ６の開放によるタップ電圧のモータへの印加、（ｅ）タイマーリレーの励磁による常開接点４０Ｃ1の開放と定常運転スイッチ（常開接点）３０Ｃ１の閉成による電源電圧のモータへの印加(定常運転状態)の順に始動制御される。
【００４６】
図９の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器２０は、図７の実施の形態によるモータ始動器２０の定常運転スイッチ(常開接点)３０Ｃ1を含む接続回路と常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ1とがなく、定常運転状態では、リアクトルコイル(一次コイル）５０のコイル部分５０Ｒに対応する二次コイル６０が半導体スイッチ７１の全導通角での導通により、コイル部分５０Ｒのリアクタンスが打ち消されて、リアクトルコイル(一次コイル）５０が恰も無誘導回路となるようにしてリアクタンス付与手段Ａを無効にすることを除いて図７のモータ始動器２０と同じである。なお、図９において、回路の太線部分は、全励磁状態にあることを示し、回路の一点鎖線の太線部分は、導通角が制御されている状態を示す。
【００４７】
図１０は、図９のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示し、このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチの投入、（ｂ）常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｃ）半導体スイッチ７１の導通位相により定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加（図９（Ａ）参照）、（ｄ）常開接点４０Ｃ６の開放によるタップ電圧のモータへの印加（図９（Ｂ）参照）、（ｅ）タイマーリレーの励磁による半導体スイッチ７１の全位相角での導通によるコイル部分５０Ｒの全リアクタンスの打ち消し（リアクトルコイル(一次コイル)５０の無誘導化＝リアクタンス付与手段Ａの無効化）の順に始動制御される。
【００４８】
図１１の実施の形態によるコンドルファ式モータ始動器２０は、図９の実施の形態によるモータ始動器２０のリアクトルコイル５０に対応してこれを逆励磁する二次コイル６０がなく、リアクトルコイル５０の導通を直接半導体スイッチ７１で制御するように半導体スイッチ７１をリアクトルコイル５０に並列に接続したことを除いて図９のモータ始動器２０と同じである。
【００４９】
このモータ始動器２０は、図１１に示すように、起動スイッチ７４の投入で励磁される半導体スイッチ制御電源７２とこの半導体スイッチ制御電源７２の駆動によって励磁されて常開接点（始動スイッチ）４０Ｃ６を閉成する始動用電磁接触器４０とを備えている。なお、図１乃至図４と同じ部分は同じ符号が付されている。
【００５０】
図１２は、図１１のモータ始動器２０の始動から定常運転に達するまでの動作の順序を示し、このフローチャートから解るように、（ａ）起動スイッチ７４の投入、（ｂ）半導体スイッチ制御電源７２の付勢による半導体スイッチ７１の導通／非導通、（ｃ）始動用電磁接触器４０の励磁による常開接点４０Ｃ６の閉成、（ｄ）半導体スイッチ７１の導通位相により定まる分圧比（タップ端子Ｔ１又はＴ２の両端のリアクタンス比）に応じた電圧のモータへの印加（図１１（Ａ）参照）、（ｅ）常開接点４０Ｃ６の開放後半導体スイッチ７１の導通位相に応じたリアクトルコイル５０のタップ電圧のモータへの印加（図１１（Ｂ）参照）、（ｆ）タイマーリレー７３の励磁による半導体スイッチ７１の全位相角での導通によるコイル部分５０Ｒの短絡（リアクタンス付与手段Ａの無効化）の順に始動制御される。図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、始動制御中は、始動表示灯７５Ａが点灯し、図１１（Ｃ）示すように、定常運転中は、常閉接点４０Ｃ５の閉成と常開接点７２Ｘとを通して定常運転表示灯７６が点灯する。
【００５１】
図１２のモータ始動器２０は、他の実施の形態のモータ始動器２とは異なって低圧の電源電圧から駆動されるモータに用いられるのに好適である。電源電圧が低圧であると、モータの定常運転で半導体スイッチ７１にモータ駆動電流を流すことができる(図１１(Ｃ)参照)。
【００５２】
いずれの図示の実施の形態も、電源１２とモータ始動器２０との間には、起動スイッチ７４と同時に閉じられるが、起動スイッチ７４から手を離しても閉成状態が保持される電源スイッチを有するが、図面ではいずれも省略されている。
【００５３】
なお、図示の実施の形態では、タイマーリレー７３の消磁で始動制御状態から定常運転状態に入るようにしたが、例えば、モータの回転数や駆動電流を検出してその検出結果に基づいて始動制御状態から定常運転状態に入るようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、電源とモータとの間に配置されて電源電圧を減圧するリアクトルコイルのリアクタンスが半導体スイッチの導通位相角の制御によって調整される。半導体スイッチは、モータ駆動回路中のリアクトルコイルのインピーダンスを制御するので、高圧電源であっても大容量の半導体スイッチを用いることなく、始動電流を無段階に円滑に制御することができ、産業上の利用性が向上する。
【符号の説明】
【００５５】
Ａ リアクタンス付与手段
Ｂ 始動制御手段
１０ モータ駆動回路
１２ 三相交流電源
１４ 三相誘導モータ
２０ モータ始動器
３０ 定常運転用電磁接触器
３０Ｃ１ 常開接点（定常運転スイッチ）
３０Ｃ２，３０Ｃ４、３０Ｃ５ 常開接点
３０Ｃ３ 常閉接点
４０ 始動用電磁接触器
４０Ｃ１ 常開接点(始動スイッチ)
４０Ｃ２、４０Ｃ３、４０Ｃ４、４０Ｃ６ 常開接点
４０Ｃ５ 常閉接点
４０Ｃ６ 常開接点
４０Ｃ６Ｘ 常閉接点
５０ リアクトルコイル（一次コイル）
５０Ｒ 一次コイルの一部
６０ 二次コイル（リアクタンス調整用）
７１ 半導体スイッチ(例えば、逆並列サイリスタ)
７１Ｇ 制御端子(ゲート)
７２ 半導体スイッチ制御電源
７２Ｘ 常開接点
７３ タイマーリレー
７３Ｃ１ 常開接点
７３Ｃ２ 常閉接点
７４ 起動スイッチ
７５ 始動用表示灯
７６ 定常運転用表示灯
Ｔ１、Ｔ２ タップ切り替え端子
Ｖ 電源電圧
ＩＳ、ＩＳ１、ＩＳ２ 始動電流
Ｖａ 印加電圧
Ｖｃ 定常電圧
ＩＴ 定常電流
ＴＬ 時限
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように前記リアクタンス付与手段を制御する始動制御手段とを備え、前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記リアクトルコイルの全部又は一部を前記電源とモータとの間に挿入して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたモータ始動器において、前記始動制御手段は、前記リアクタンス付与手段のインピーダンスを調整するように導通制御される半導体スイッチと、前記半導体スイッチの導通位相を制御するように前記半導体スイッチの制御端子に接続された半導体スイッチ導通位相制御回路とを含んでいることを特徴とするモータ始動器。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ始動器であって、前記リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイル（一次コイル）の少なくとも一部と同じ鉄心に逆励磁されるように巻かれた二次コイルを更に含む。前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクトルコイルを短絡するか前記リアクトルコイルの全リアクタンスを打ち消すようにしたことを特徴とするモータ始動器。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ始動器であって、前記リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイルのみから成り、前記始動制御手段の半導体スイッチは、前記リアクトルコイルに並列に接続され、前記半導体スイッチの導通位相に応じて前記リアクトルコイルを短絡して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整することを特徴とするモータ始動器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ始動器であって、前記始動制御手段は、タイマーリレーを含み、前記タイマーリレーは、前記モータの回転が定常状態に達した時に前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたことを特徴とするモータ始動器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ始動器であって、前記半導体スイッチ導通位相回路は、電源電圧の正負の半サイクル毎に０°乃至１８０°の範囲で導通角を変化するように設定されていることを特徴とするモータ始動器。
【請求項１】
電源とモータとの間に配置されたリアクトルコイルを含むリアクタンス付与手段と、前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整するように前記リアクタンス付与手段を制御する始動制御手段とを備え、前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記リアクトルコイルの全部又は一部を前記電源とモータとの間に挿入して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたモータ始動器において、前記始動制御手段は、前記リアクタンス付与手段のインピーダンスを調整するように導通制御される半導体スイッチと、前記半導体スイッチの導通位相を制御するように前記半導体スイッチの制御端子に接続された半導体スイッチ導通位相制御回路とを含んでいることを特徴とするモータ始動器。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ始動器であって、前記リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイル（一次コイル）の少なくとも一部と同じ鉄心に逆励磁されるように巻かれた二次コイルを更に含む。前記始動制御手段は、前記モータの始動時に、前記二次コイルの導通を制御して前記リアクトルコイルのインピーダンスを調整し、前記モータが定常運転状態になると、前記リアクトルコイルを短絡するか前記リアクトルコイルの全リアクタンスを打ち消すようにしたことを特徴とするモータ始動器。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ始動器であって、前記リアクタンス付与手段は、前記リアクトルコイルのみから成り、前記始動制御手段の半導体スイッチは、前記リアクトルコイルに並列に接続され、前記半導体スイッチの導通位相に応じて前記リアクトルコイルを短絡して前記リアクタンス付与手段のリアクタンスを調整することを特徴とするモータ始動器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ始動器であって、前記始動制御手段は、タイマーリレーを含み、前記タイマーリレーは、前記モータの回転が定常状態に達した時に前記リアクタンス付与手段を無効にするようにしたことを特徴とするモータ始動器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ始動器であって、前記半導体スイッチ導通位相回路は、電源電圧の正負の半サイクル毎に０°乃至１８０°の範囲で導通角を変化するように設定されていることを特徴とするモータ始動器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２５９５８１（Ｐ２０１１−２５９５８１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０８４５（Ｐ２０１０−１３０８４５）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５９４０１０４３４）電光工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【出願人】（５９４０１０４３４）電光工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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